基于S7-200的电梯控制系统研发

(衡水科技工程学校，河北衡水，053000)

1 引言

人类居住的建筑逐渐趋于高层化，作为高层建筑中垂直运行的快速交通工具，电梯在国民经济和生活中的应用越来越广泛，其已与人们的日常生活密不可分[1]。 随着经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，这使得交流变频调速电梯控制系统已经进入一个崭新的时代[2]。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制[3]。

目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器(PLC)取代微机实现信号集选控制[4]。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现[5]。

电梯的控制中主要的特点是其控制量多、逻辑性强、随机性大，对于PLC控制设计来说，电梯控制系统具有很强的实用性和典型性，研究、分析电梯的逻辑关系，进而实现控制，对于理解和学习PLC都具有很好的意义[6]。

控制电梯运行的PLC系统要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以西门子公司的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制。整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的开关门，升降，加、减速，平层，起动、制动控制。要求其达到结构简单、运行效率高、平层精度高、使其能够易于理解与掌握。最后再通过西门子PLC调试软件进行调速，满足设计所需要的要求。

2 电梯控制系统构成

电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及 PLC 单元构成，如图1所示，PLC用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。

图1 电梯控制系统原理图

3 电梯控制硬件设计

硬件可分为两部分：输入和输出单元，它们是PLC 的 I/O 接口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器等单元构成。

(1)输入单元

门厅外按钮与轿厢内选层按钮，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示；开关门按钮，控制轿门的开闭；上下平层感应器，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层；上下限强迫换速开关，用于保护电梯的高速运行安全，避免电梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板，信号输入到PLC，PLC 发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置；门锁装置，轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全钳开关、限速器断绳开关、限速器超速开关、电源开关等。

图2 电梯运行流程图

(2)输出单元

楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、目前的方向及层楼指示灯；开关门接触器，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，完成开关门动作；启动加速、制动减速接触器，用于电梯的调速系统。

根据电梯的工作原理与功能绘制电梯的运行流程图，如图2所示。

根据控制要求，本论文PLC控制系统选用SIEMENS公司S7-200系列CPU224和EM221，其输入输出端子电气接线图如图3所示。

图3 外部硬件接线图

4 电梯仿真调试过程

(1)电梯开关门

当Q0.0和I0.0都为1，M10.2为1

按下SB1 按钮，重新开门按钮I0.3为1，开门辅助继电器M10.0为1，开门接触器Q1.0为1，从而实现电梯门打开。

关门按钮I0.4为 1时，关门辅助继电器M10.1为1，关门接触器Q1.1为1，从而实现电梯自动关门动作。

(2) 层楼信号的产生与消除

以四楼层楼为例，当四楼感应器I2.4为1后，四楼层楼指示灯Q1.7为1，四楼层楼继电器M11.3为1。

(3) 内选指令的登记与消除

二楼内选按钮I1.5为1后，内选二楼辅助继电器M12.1为1，二楼内选记忆灯Q2.4为1。

(4) 外呼信号的登记与消除

二楼上呼按钮I2.7为1，二楼上行外呼辅助继电器M13.1 为 1， 二楼上呼记忆灯Q3.1 为1。

(5) 电梯启制动调速运行二楼上行辅助继电器常开触点M13.1为1时，上行指示辅助继电器M14.4为1，二楼停车触发M15.1为1。

接通延时计时器输入时间，记时减1，到零时，接通。

5 结束语

本文选取了西门子S7-200型PLC，对电梯控制系统进行了设计，并对所设计的程序进行了仿真调试，验证了程序的可靠性。电梯和PLC都是一个非常复杂的系统，由于对电梯运行理解有所不同，也会有很多种控制方法，在舒适方面可以采用变频调速，让人感觉犹如平地。从方便来看，可以用微机智能控制，实现智能化。为配合楼层的伸高，更要开发安全的高速电梯。今后将从以上几个方面对电梯的控制系统进行更深层次的研究。

[1] 徐意. 基于S7-200PLC的变频调速电梯控制系统的研究[D].浙江工业大学,2010.

[2] 张蓉. 十六层住宅电梯控制系统设计[D].山东大学,2016.

[3] 陈家鑫,张团善,何文莉,王国庆,杨斌.基于恒压频比的交流异步电机调速研究[J]. 西安工程大学学报,2016,(06): 791-796.

[4] 张海莉. 变频器在电梯控制系统中的应用[J].机电工程技术,2016,(11):99-102.

[5] 刘力郡.基于PLC控制的交流变频调速电梯系统的应用[J].电子测试, 2016, (18): 127-128.

[6] 张思. PLC的电梯控制系统分析及电梯安装工程项目管理研究[D].昆明理工大学,2016.